Описание САУ пропарочной камеры периодического действия

САУ пропарочной камеры включает в себя регулятор «МИНИТЕРМ», который может реализовывать П, ПИ и ПИД законы управления.

Структурная схема САУ пропарочной камеры представлена на рис. З.5.

Рис. З.5. Структурная схема системы регулирования температуры

В приведенной структурной схеме передаточные функции имеют следующий вид:

Если правильно подобрать коэффициенты настройки регулятора: k_д = 1; k_п = а₁; k_и = а₂, то передаточная функция САУ в разомкнутом состоянии принимает вид:

В замкнутом виде передаточная функция представляется выражением:

где: ⁰C/кВт; ч

Переходная функция синтезированной САУ имеет вид, показанный на рис. З.6.

Рис. З.6. Переходная функция синтезированной САУ

На графике (рис. З.6.) видно, что синтезированная САУ устойчива, не имеет установившейся ошибки, а переходный процесс длится 0, 94 ч.

По результатам расчета подбирается соответствующее оборудование и уточняются его реальные характеристики.

На основе полученных характеристик реальных элементов производится повторный расчет САУ и при необходимости подбирается оборудование с необходимыми характеристиками.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ БЕСПОИСКОВЫЕ САМОНАСТРАИВАЮЩИЕСЯ

СИСТЕМЫ С ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛЬЮ

Повышение точности, качества и общей эффективности действующих и проектируемых систем автоматического управления во многих случаях достигается за счет использования компенсационного принципа управления по отклонению регулируемой величины или по возмущению.

В процессе совершенствования систем были разработаны различные способы повышения их точности и качества динамических свойств. Один из способов заключается в надлежащей коррекции обычных линейных систем. Однако стремление создать систему, максимально близкую к линейной, требует необоснованно высокого качества изготовления ее элементов.

Высокое быстродействие и точность достигаются повышением коэффициента передачи системы, при этом все в большей мере проявляется влияние нелинейностей и снижается запас ее устойчивости. Это накладывает существенные ограничения на коэффициент передачи системы, а следовательно, на точность и быстродействие системы.

Многочисленные работы были выполнены по созданию нелинейных корректирующих устройств, например, по программированной коррекции некоторых параметров для компенсации изменения характеристик системы, которое происходит вследствие изменения окружающих условий. В некоторых системах предусматривается изменение характера их работы в зависимости от величины входного сигнала ошибки, например, при больших сигналах ошибки система работает как релейная, а при малых ошибках как пропорциональная линейная система.

Такого рода системы имеют свойство приспособления, но подстройка их параметров осуществляется по разомкнутому циклу, что и обуславливает ограниченные возможности этих систем для достижения высокого качества.

В последние годы выполнено много работ, посвященных самонастраивающимся системам, разработкам принципов самонастройки и вопросам технической реализации таких систем. В настоящее время для осуществления высококачественного автоматического управления процессами и объектами, параметры и окружающие условия которых изменяются в широких пределах, все чаще обращаются к созданию самонастраивающихся систем. В связи с этим приобретает большое значение разработка удобных для инженерной практики методов синтеза и анализа самонастраивающихся систем.

Достаточно часто динамические свойства и параметры многих объектов управления и приложенные к ним воздействия, в частности помехи, изменяются иногда в столь широких пределах, что известной информации оказывается недостаточно, чтобы обеспечить не только оптимальную, но и просто устойчивую работу системы.

Подобные ситуации требуют создания автоматических систем, обладающих качественно новыми свойствами, которые в обычной теории автоматического регулирования еще недавно не рассматривались. Необходимы системы, которые при их нормальной эксплуатации автоматически сообразовывались бы с действительными текущими условиями работы, обеспечивая требуемое качество автоматического управления. Именно такими свойствами обладают приспосабливающиеся системы, к которым можно отнести самонастраивающиеся системы.

Проведенный краткий обзор показывает, что для исследования беспоисковых самонастраивающихся систем применяют различные методы, которые, однако, мало учитывают специфику данных систем, поэтому теоретические результаты в каждом частном случае должны не только уточняться, но и существенно дополняться путем моделирования.

В данной книге рассматриваются лишь вопросы исследования, расчета и проектирования компенсационных самонастраивающихся систем с эталонными моделями.

На рис. З.7. приведена схема самонастраивающейся системы с дополнительной линейной обратной связью. В этой системе сравнивается сигнал на выходе замкнутого контура управления Х с выходным сигналом эталонной модели Х_Е Сигнал рассогласования, преобразованный корректирующим устройством W_E, используется для компенсации отклонений динамических характеристик системы от задаваемых эталонной моделью.

Рис. З.7. Самонастраивающаяся система с одним управляющим устройством, эталонной моделью и линейной обратной связью.

Передаточная функция системы имеет следующий вид:

W_CG(p) = X(p)/G(p) =

= [W_R(p)W_O(p) + W_E(p)W_K(p)W_O(p)]/[1 + W_R(p)W_O(p) + W_K(p)W_O(p)]. (З.1)

При достаточно большом коэффициенте передачи корректирующей связи (W_K(p) = K) передаточная функция системы по задающему воздействию W_C(p) » W_E(p). В этой системе с дополнительной линейной обратной связью можно получить независимые друг от друга передаточные функции по задающему и по возмущающему воздействиям. Это легко показать, если рассмотреть уравнения системы. На основании схемы, показанной на рис. З.7, можно записать

W_CF(p) = X(p)/F(p) =

= W_O(p)/[1 + W_R(p)W_O(p) + W_K(p)W_O(p)]. (З.2)

С учетом выражений (З.1) и (З.2) уравнение движения системы можно записать в следующем виде.

X(p) = W_CG(p)G(p) + W_CF(p)F(p). (З.3)

При достаточно большом коэффициенте передачи корректирующей связи (W_K(p)) уравнение (42.3) приобретает вид:

X(p) » W_E(p)G(p) + [1/W_K(p)]F(p), (З.4)

т. е. передаточные функции по возмущающему F(p) и управляющему G(p) воздействиям независимы друг от друга. Кроме того, влияние возмущающего воздействия на выходной сигнал системы сильно ослаблено, так как W_K(p) = K = 10ⁿ велико.

В рассмотренной системе дополнительное воздействие U_K формируется на основе рассогласования (Е_Е = Х – Х_Е) реакций объекта управления (Х) и эталонной модели (Х_Е).

На рис. З.8 показан другой вариант построения самонастраивающейся системы с эталонной моделью. Этот вариант отличается от предыдущего включением второго, идентичного первому, управляющего устройства с передаточной функцией W_R(p). Передаточная функция этой системы будет

W_CG(p) = X(p)/G(p) =

= W_R(p)× [1 + W_E(p)W_K(p)W_R(p)]/[1 + W_O(p)W_R(p)W_K(p)]. (З.5)

Рис. З.8. Самонастраивающаяся система с двумя управляющими устройствами, эталонной моделью и линейной обратной связью.

Если выполняется условие |W_O(p)W_R(p)W_K(p)| > > 1, то передаточная функция замкнутой системы W_CG(p) практически перестает быть зависимой от передаточной функции объекта W_O(p). Если к тому же модуль произведения передаточных функций |W_E(p)W_K(p)W_R(p)| > > 1, то передаточная функция самонастраивающейся системы приблизительно совпадает с передаточной функцией модели, т. е. W_CG(p) » W_E(p). Чем больше значение модуля произведения функций |W_K(p)W_R(p)|, тем шире область частот, при которых выполняется это равенство. Однако увеличение |W_K(p)W_R(p)| ограничивается условием устойчивости, так как при достаточно больших значениях модуля |W_K(p)W_R(p)| система может потерять устойчивость.

Следовательно, максимальное значение данного модуля, при котором система еще имеет некоторый запас устойчивости, будет определять диапазон частот, существенных с точки зрения качества переходного процесса, определяемого не объектом W_О(p) с изменяющимися параметрами, а характеристикой эталонной модели W_Е(p). Сравнение самонастраивающейся системы, изображенной на рис. З.8, с несамонастраивающейся системой, имеющей передаточную функцию

W_HCG(p) = W_O(p)/[1 + W_O(p)W_R(p)W_K(p)], (З.6)

(т. е. с той же системой, но без контура эталонной модели), показывает, что при изменении параметров объекта W_О(p) в некоторых пределах ее показатели качества последней (величина перерегулирования, время переходного процесса, ошибка в установившемся режиме) изменяются в 2 ¸ 3 раза и система близка к границе устойчивости. В самонастраивающейся же системе показатели качества остаются практически постоянными с достаточным запасом устойчивости.

Таким образом, подобные компенсационные системы с эталонными моделями, имеющие дополнительные линейные обратные связи, обладают большими возможностями приспособления к неконтролируемым изменениям, чем обычные несамонастраивающиеся системы.

Еще большими приспосабливающимися способностями обладают самонастраивающиеся системы с эталонными моделями и блоками умножения, деления или возведения в степень (рис.З.3).

Сигнал задающего воздействия (управляющий сигнал) в этой системе на эталонную модель поступает непосредственно, а на вход объекта – через множительное устройство. В блоке деления сигналы с выхода модели и системы сравниваются с помощью деления. Выходной сигнал блока деления поступает на вход устройства для возведения в степень. Далее сигнал поступает на множительное устройство, включенное в прямую цепь системы. Если сигнал на выходе системы равен выходному сигналу модели, то сигнал ошибки равен единице и поэтому множительное устройство в прямой цепи не влияет на управляющий сигнал. Если коэффициент передачи модели W_E(p) равен К_Е, а коэффициент передачи объекта изменился от К_Е до К, то в установившемся режиме выражение, связывающее входной и выходной сигналы данной системы, имеет вид X(t) = (X_E/X)ⁿ KG(t), но X_E = K_EG(t).

Рис. З.9. Самонастраивающаяся система с эталонной моделью.

и с нелинейной дополнительной обратной связью.

Совместное решение выражений дает следующее соотношение

X(t) = [K_E× G(t)/X(t)]ⁿ× K× G(t)

откуда

Xⁿ⁺¹(t) = Kⁿ_E× K× Gⁿ⁺¹(t)

и, следовательно,

X(t)/G(t) = [Kⁿ_E× K]^1/(ⁿ⁺¹⁾ » K_E.

Отсюда очевидна стабилизация передаточного коэффициента системы, причем степень стабилизации тем выше, чем больше показатель степени n.

Рассмотренные компенсационные системы с эталонными моделями, обладая очевидными достоинствами: просты в реализации и не нуждаются в искусственных пробных сигналах. Однако следует отметить, что они имеют ограниченную приспосабливаемость, которая осуществляется лишь одним компенсирующим воздействием, что может оказаться недостаточным при больших неконтролируемых изменениях. При больших и относительно медленно изменяющихся воздействиях применяют компенсационные системы с настраиваемыми параметрами управляющих устройств.

Библиографический список

1. Юревич, Е.И. Теория автоматического управления. – Л.: Энергия, 1975. – 416 с.

2. Клюев, А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 368 с.

3. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления / Под ред. В.А. Бесекерского. – М.: Наука, 1969. – 588 с.

4. Егоров, К.В. Основы теории автоматического регулирования. – М.: Энергия, 1967. – 648 с.

5. Макаров, И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы. – М.: Машиностроение, 1982. – 504 с.

6. Егоров, С.В. Элементы идентификации и оптимизации управляемых систем. М.: МЭИ, 1974. 224 с.

7. Завьялов, В.А., Пушкарев С.М., Разин Н.А. Расчет оптимальных систем управления. – М.: МИСИ, 1982. – 105 с.

8. Бесекерский, В.А., Ефимов Н.Б., Зиатдинов С.И. и др. Микропроцессорные системы автоматического управления / Под общ. ред. В.А. Бесекерского. – Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. – 365 с.

9. Директор, С., Рорер Р. Введение в теорию систем. – М.: Мир, 1974. – 464 с.

10. Фихтенгольц, Г.М. Курс интегрального и дифференциального исчисления. Том I, II, III. – М.: Наука, 1970.

11. Востриков, А.С. Теория автоматического регулирования: учебное пособие для вузов / А.С. Востриков, Г.А. Французова. – М.: Высшая школа, 2004. – 365 с., ил.

12. Величкин, В.А., Гордеев-Бургвиц М.А., Завьялов В.А. Основы теории управления технологическими процессами в строительстве. – М.: МГСУ, 2011. – 180 с., ил.

13. Величкин, В.А., Гордеев-Бургвиц М.А., Завьялов В.А. Основы автоматики и робототехники. – М.: – МГСУ, 2011. – 80 с., ил.

14. Завьялов, В.А., Величкин В.А. Синтез системы автоматического управления с заданными свойствами // Механизация строительства. – 2012. – № 2. – С. 38-39.

15. Завьялов, В.А., Величкин В.А. Компенсация колебаний движения автоматических систем с помощью микропроцессорного устройства // Научно-технический вестник Поволжья. – 2013. – № 6. – С. 274-277.

16. Завьялов, В.А., Горшков К.Е., Редин Н.А. Математические основы теории автоматического управления: учебное пособие. – М.: МГСУ, 2009. – 75 с.

17. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие / под ред. Клюева А.С. – М., Энергоатомиздат, 1989. – 432 с.

18. Солодовников В.В., Шрамко Л.С. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. – М.: Машиностроение, 1972. – 270 с.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 1011